FERRAMENTA DE APOIO AO ZEE

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1 MODELAGEM DE DINÂMICA DE PAISAGEM: FERRAMENTA DE APOIO AO ZEE William Leles Souza Costa Seminário ZONEAMENTO ECOLÓGICO-ECONÔMICO BASE PARA O DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL DO ESTADO DE SÃO PAULO 2011

2 A PAISAGEM Abordagem horizontal e implicações funcionais. Arranjo de formas de relevo, ecossistemas, usos do solo em constante alteração por processos atuando em diferentes escalas de tempo. t Forman & Godron 1986 Estrutura, função e mudanças

3 Modelo e modelagem

4 Representação da paisagem através de modelos espaço-temporais Espacialmente explícito

5 PARADIGMAS DOS MODELOS DE SIMULAÇÃO DE DINÂMICA DE PAISAGEM Baseados em processos Baseados em indivíduos Baseados em autômatos celulares

6 A MODELAGEM EM SUPORTE DE DECISÃO Conhecimento Simulação Intervenção Informação Qualquer planejamento que não envolva o fator tempo está sujeito ao fracasso. Gestão: Desenho, simulação e monitoramento

7 PRINCIPAIS CLASSES DE MODELOS DISPONÍVEIS HOJE Estudos climáticos, hidrologia, oceanografia Estudos de biodiversidade (Distribuição de espécies) Dinâmica de paisagem: vegetação, fogo, uso da terra e desmatamento. Rentabilidade de uso da terra e de florestas A tendência no futuro é fundir os vários tipos de modelos de modo a obter uma visão integrada. Objetivo: Predição de impactos, rendas potencias do uso da terra, e quantificação de serviços ambientais (forte viés econômico)

8 Custos de oportunidade = Agricultura Lucro de atividades sustentáveis (castanha do Brasil, seringa, madeira, etc.) Pecuária Exploração de madeira não sustentável

9 A PRODUTIVIDADE E RENTABILIDADE DO CULTIVO DE CANA-DE-AÇÚCAR PARA A REGIÃO MAP Através deste estudo, avaliamos o potencial do cultivo de cana-de-açúcar para a Região MAP em termos de produtividade e rentabilidade econômica da atividade ao fornecedor do produto. As estimativas de rentabilidade da cana-de-açúcar poderão, futuramente, ajudar a compor o cálculo do custo de oportunidade da redução das emissões de carbono através da redução do desmatamento e degradação florestal (REDD). Distribuição espacial da rentabilidade para o cultivo da cana-de-açúcar na Região MAP.

10 DINÂMICA DEMOGRÁFICA DA REGIÃO MAP Dentre os fatores que determinam o desmatamento da região MAP, o alto crescimento populacional consequente dos processos de colonização espontânea, é apontado. Visto que a região se encontra na rota de empreendimentos de grande porte, como rodovias e hidrelétricas que promovem grandes intervenções e incentivam a ocupação regional, torna-se também alta a probabilidade de continuidade desse acelerado crescimento populacional. Como as suposições sobre a evolução demográfica da região MAP constitui a base para a compreensão e avaliação dos impactos do desenvolvimento socioeconômico na conservação de seu capital natural, realizamos nesse trabalho estimativas populacionais a partir das projeções das principais componentes da dinâmica demográfica (mortalidade, fecundidade e migração) das subáreas dessa região (Madre de Dios, Acre e Pando). Através da metodologia do Apportionment Method (AIBI) e da plataforma de sistemas dinâmicos Vensim, criamos estimativas da população residente por situação de domicílio (rural e urbano) e as projeções dos principais indicadores demográficos. Os resultados inferem que apesar da redução da taxa de crescimento populacional ao longo dos 60 anos para os quais foi implementado o modelo, a região ainda apresenta um crescimento considerável, incrementado principalmente pelos imigrantes. Taxa de crescimento populacional da Região MAP e subáreas População total, urbana e rural da Região MAP e subáreas Número de migrantes, nascimentos e óbitos das subáreas da região

11 A RENTABILIDADE DA EXPLORAÇÃO SUSTENTÁVEL DE MADEIRA COMERCIAL EM MADRE DE DIOS, PERU Estimamos que o Departamento de Madre de Dios possua 68 milhões de m³ de madeira comercial. Parte desse capital florestal estaria sendo desvalorizado devido à baixa cobrança dos Taxa de Exploração Madeireira (TEM). As rendas florestais proporcionadas pelo DAF poderiam chegar a US$13 milhões por ano ao definir adequadamente o preço do Direito de Aproveitamento Florestal (DAF) ou royalties. Além disso, em 30 anos, a exploração sustentável de madeira poderia aumentar em até 3 vezes, sem afetar as áreas destinadas a conservação. O valor atual líquido das rendas desta produção representaria um total máximo de US$ 422 milhões. Maiores rendas para o Governo Regional de Madre de Deus, provenientes das rendas florestais, poderiam ser investidas em serviços públicos para as populações que habitam as florestas de Madre de Deus. Valor da madeira em pé em Madre de Dios para a extração sustentável de tábuas (acima) e de troncos (abaixo Madre de Dios e os principais usos da terra.

12 A RENTABILIDADE DA PECUÁRIA BOVINA EM MADRE DE DIOS - PERU A pecuária em Madre de Dios é desenvolvida pelas comunidades campesinas e constitui-se como uma atividade pouco promovida na região com participação de apenas 3.2% no PIB do departamento. A falta de investimentos direcionados para o setor agropecuário criou um cenário de atraso generalizado na zona rural o que reflete em baixos índices de produtividade e rentabilidade dos pequenos colonos. Nesse trabalho avaliamos a rentabilidade da pecuária bovina para Madre de Dios, a fim de colaborar com dados estratégicos para formulação de políticas públicas agrárias que conciliem desenvolvimento socioeconômico no campo com pressupostos de governança ambiental. A partir de um modelo espacialmente explícito calculamos a rentabilidade para um horizonte de 30 anos, alcançando em média valor máximo de US$ 20 ha-1.ano-1 e valor presente liquido máximo de US$ 120 ha-1. Rentabilidade média de Madre de Dios ao longo dos 30 anos do modelo. Valor presente líquido da pecuária bovina em Madre de Dios, (30 anos; 7.35%)

13 O VALOR DE USO DE FLORESTAS DE PANDO, BOLÍVIA: UMA ANÁLISE ECONÔMICA-ESPACIAL DA EXPLORAÇÃO FLORESTAL Estimamos que o Departamento de Pando tem com 43 milhões de m³ de madeira comercial. Parte deste capital florestal estaria desvalorizado devido a baixa cobrança dos Direitos de Exploração Florestal (DEF). Em 30 anos, a exploração sustentável de madeira poderia aumentas em até 3.8 vezes, sem afetar a Reserva Natural Manuripi. O valor atual líquido do lucro desta produção representaria um máximo de US$168 milhões. O aumento de rendas para o Governo de Pando poderia ser investido em serviços públicos para as populações que vivem nas florestas da região. Rentabilidade florestal em 2010 Rentabilidade florestal em 2040 (C1) Rentabilidade florestal em 2040 (C2)

14 A RENTABILIDADE DA CASTANHA DO BRASIL NO ESTADO DO ACRE A castanha do Brasil (Bertholletia excelsa) destaca-se como principal produto extrativista do estado do Acre, sendo uma atividade econômica compatível com o desenvolvimento sustentável e estratégica para a preservação da floresta. Neste trabalho, avaliamos o potencial econômico da extração e comercialização da castanha do Brasil para o Acre, com base no extrativista (usuário da terra), sob diferentes cenários de preços e manejos, através de um modelo espacialmente explícito. As rentabilidades potenciais anuais variaram de R$560 mil a R$ milhões, de acordo com os cenários assumidos, o que representaria um retorno aproximado de até R$ 7,28 por hectare para o cenário mais rentável Áreas produtoras de castanha do Brasil no Acre Rentabilidade potencial da exploração da castanha Cenário COC

15 A RENTABILIDADE DA EXTRAÇÃO DE LÁTEX DE SERINGUEIRA NO ESTADO DO ACRE A fim de avaliar a rentabilidade dos três produtos de látex de seringa (natural coagulada, látex natural líquido e folha difumada líquida), foi elaborado um modelo explícito espacial para a região do Alto e Baixo Acre, Brasil. A rentabilidade máxima encontrada foi de R$5.8/há para folha defumada líquida do ciclo produtivo parcial e com subsídios. Os resultados confirmam que o subsídio é fundamental para a sustentabilidade da atividade extrativista da região, e, além disso, é necessário melhorar as condições de infraestrutura e promover o desenvolvimento tecnológico para a obtenção de uma maior produtividade. Mapa de produtividade (kg/ha). Rentabilidade média da extração de látex de seringueira dos três produtos no cenário de ciclo produtivo parcial com subsídio para as cidades que constituem a área de estudo.

16 A RENTABILIDADE DA CASTANHA DO BRASIL EM MADRE DE DIOS, PERU As emissões por desmatamento de florestas tropicais são responsáveis por 15% das emissões globais de CO2. Visando reverter esse quadro, projetos REDD buscam fornecer incentivos econômicos a países em desenvolvimento que Reduzam suas Emissões de CO2 de Desmatamento e Degradação florestal (REDD). Os recursos provenientes de projetos REDD poderiam ser investidos, por exemplo, nas cadeias produtivas da castanha-do-brasil, diminuindo os gargalos da produção e infra-estrutura e fortalecendo as comunidades rurais. Para mensuração destes benefícios adicionais faz-se necessária a realização de diagnósticos e estimativas de rentabilidade para as áreas de exploração. Concessões de castanha em Madre de Dios Rentabilidade simulada da Castanha-dobrasil

17 A RENTABILIDADE DA CASTANHA DO BRASIL EM PANDO, BOLÍVIA Desenvolvemos um modelo espacialmente explícito da rentabilidade da produção de castanha para avaliar a produtividade e as rendas potenciais das regiões produtoras no departamento de Pando, Bolívia, sob três cenários de posse da terra, organização de trabalho e manejo. Estimou-se uma produção média anual de 122,7 ± 28,5 mil toneladas de castanha com rentabilidade potencial anual (preços de 2008) de US$0,37 ± 0,09 ha -1.ano -1 para castanha coletada em propriedades privadas (barracas) a US$22,57 ± 5,24 ha -1.ano -1 para castanha certificada oriunda de comunidades camponesas. Rentabilidade potencial da exploração da castanha Cenário COC Áreas produtoras de castanha do brasil no departamento de Pando com localização das três áreas amostradas (1 Comunidade Campeones; 2 Comunidade Sacríficio e 3 Reserva Manuripe) Principais exportadores de castanha processada ou descascada (3).

18 A RENTABILIDADE DA EXPLORAÇÃO SUSTENTÁVEL DE MADEIRA NO ESTADO DO ACRE A extração sustentável de madeira no estado do Acre pode significar uma oportunidade de conciliar o desenvolvimento econômico com a conservação. Estimamos que no Acre há 150 milhões de metros cúbicos de madeira comercial, dos quais, 73 milhões retornariam rendas positivas aos proprietários das terras do estado em forma de vantagens ao conceder concessões para a extração de madeira. Descobrimos que o valor atual líquido da renda média equivale a aproximadamente 40 US$/há. Essa renda poderia representar um importante argumento na gestão sustentável das florestas do estado e contribuir com a conservação da floresta em pé. Mapa de rentabilidade da extração de madeira no estado do Acre

19 A RENTABILIDADE DO CULTIVO DA SOJA NA REGIÃO MAP Para estimar a rentabilidade da cultura da soja, aplicamos um modelo interdisciplinar baseado no clima, solos e variáveis econômicas. O modelo é composto por um módulo de produtividade que integra os principais determinantes climáticos, edáficos e econômicos para a cultura de soja na Amazônia. Acoplado ao componente da produtividade está um módulo de rentabilidade que desconta os custos de produção da soja (por exemplo, investimentos em fertilizantes e custos de crédito) e transporte para os portos de exportação, do preço de venda de mercado. O resultado é então multiplicado pela produção por hectare obtida como saída do modelo de produtividade. Rentabilidade espacial do cultivo de soja na Região MAP sob cenários de pavimentação de rodovias e construção da hidrovia do Rio Madeira.

20 IMPACTOS HIDROLÓGICOS DO DESMATAMENTO SOBRE AS BACIAS DA REGIÃO MAP A região MAP abrange uma área na qual se encontram as cabeceiras de importantes rios como o Juruá, Purus e Madre de Dios. O desmatamento na Amazônia poderá produzir significativos impactos sobre os recursos hídricos nessa região. Estimamos que as vazões nos rios Juruá e Purus poderiam se reduzir entre 17 e 20% e a época seca se estenderia por até um mês a mais com avanço do desmatamento sob o cenário BAU. A precipitação se reduziria em média 15% nas bacias do Juruá e Purus e 10% na bacia do Madeira. Essa redução poderia ser superior a 30% no final da época seca nas bacias de Juruá e Purus. Bacias hidrográficas da região MAP Relação entre área desmatada na floresta Amazônica e mudanças na precipitação média nas três bacias em estudo. Mudanças na precipitação de acordo com as diferentes épocas do

21 REGIMES DE FOGO INDUZIDOS PELA FRAGMENTAÇÃO FLORESTAL E MUDANÇAS CLIMÁTICAS: IMPLICAÇÕES PARA O BALANÇO DE CARBONO NA REGIÃO MAP Na última década o número de incêndios florestais aumentou significativamente na região MAP como conseqüência não somente de mudanças econômicas e demográficas, mas também devido a eventos extremos de secas, tais como os ocorridos em 2005 e No futuro, a continuidade do desmatamento somada a um clima mais quente pode aumentar a ocorrência de incêndios florestais em 76% na região MAP, resultando em milhões de toneladas de CO 2 emitidas para a atmosfera até 2050, valor que corresponde a 30% do carbono atualmente armazenamento em florestas da região MAP. Os resultados apontam a necessidade de desenvolver um programa de prevenção de incêndios para controlar o uso do fogo como prática de manejo da terra, caso contrário, os serviços ambientais podem estar ameaçados no futuro. a) Densidade de Kernel dos focos de calor para 2005; b) cicatrizes de incêndios florestais ocorridos em 2005 mapeados por Lima et al. (2009); c) Incêndios florestais simulados para o ano de 2005

22 A RENTABILIDADE DA PECUÁRIA BOVINA NO DEPARTAMENTO DE PANDO, BOLÍVIA A pecuária bovina do Departamento de Pando é incipiente, mas é uma atividade em crescimento, geralmente ocorrendo associada a outras atividades, como a agricultura e o extrativismo florestal. Com o objetivo de proporcionar ao Governo de Pando dados estratégicos para uma gestão sustentável da atividade foi adaptado para o Departamento um modelo para o cálculo da rentabilidade espacial da pecuária bovina, em passos anuais para um período de 30 anos. Valor Presente Líquido, para 30 anos da atividade, para pequenos (A) e grandes (B) produtores Foram considerados dois cenários com distintas dimensões de propriedade, minifúndios e latifúndios. O valor presente líquido para um período de 30 anos apresentou valores máximos de R$260/ha para a simulação em minifúndios e R$560/ha para grandes propriedades. Evolução da rentabilidade média anual da pecuária bovina em Pando, para 30 anos da atividade, para pequenos (A) e grandes (B) produtores

23 CONCILIANDO EXPANSÃO AGRÍCOLA E CONSERVAÇÃO DE FLORESTAS NO BRASIL RESULTADOS DE SIMBRASIL A geografia da intensificação Brasil pode expandir em até 50% suas culturas ao mesmo tempo que restaura grande parte do passivo ambiental, bastando para isso intensificar a pecuária de 1.1 para 1.5 cabeças de gado por hectare. Gouvello, Soares-Filho et al. Brazil Low Carbon Case Study. WorldBank report, 2010 Bowman, Soares-Filho et al., Land Use Policy et al. 2011

24 Há conexão entre os esforços de conservação e produção agrícola. E isto, em parte, explica, o embate em torno do Código Florestal

25 ANÁLISE SOBRE O CÓDIGO FLORESTAL Análise de + de 160 mil microbacias ANA ha 60 metros de resolução espacial (30 metros de cada lado do rio para cobrir APPs

26 Integração de uma gigantesca base de dados Remanescentes Rem Áreas não contabilizadas

27 Mapa por microbacia

28 Minas Gerais

29 Resultados Passivo 55±15 M ha Compensação entre bacias? Ativo 104±15 M ha

30 Potencial de sequestro de carbono Mapa de biomassa da vegetação original: Potencial por micro bacia

31 Algumas contas simples Passivo = 5.9 G tons de carbono Ativo = 6.6 G tons de carbono Áreas protegidas > 30 G tons de carbono 5.9 Gtons x x US$10 = US$ 216 Bilhões / 55 milhões de ha US$ 3 a 4 mil por ha Paga-se até o alto custo de restauro

32 Viabilização Projetos de sequestro de carbono para restauração florestal (PSA). Reserva legal com enriquecimento de espécies madeireiras (cultura florestal) Mercado de compensação de terras florestadas

33 Mas como fica a agricultura? Necessidade de aumento de produtividade Necessidade de expansão Necessidade de intensificação O que existe de terras aptas disponíveis para agricultura sem haver conversão de vegetação nativa? Estudo de Baixo Carbono para o Brasil Banco Mundial

34 remanescente & impedimento desmatado & impedimento Bioma remanescente & sem impedimento desmatado & sem impedimento Intensificação? Área plantada área potencial (gado) Análise de áreas aptas Impedimento X Uso da terra Área ocupada pela agropecuária =250 M ha Agricultura = 57 M ha Pastagens = 193 M ha

35 Milhões hectaress Resultados Floresta com impedimento Savana com impedimento Amazônia Cerrado Mata Atlântica Vegetação Secundária com impedimento Floresta sem impedimento Savana sem impedimento Vegetação Secundária sem impedimento Pecuária (Pastagem) sem impedimento Pecuária (Pastagem) impedimento Florestamento/Reflorestamento Agricultura Influência Urbana Água Excluindo os biomas: pampas, caatinga e pantanal Áreas aptas disponíveis para expansão agrícola: 91 M hectares (Somente no Cerrado e MA)

36 Modelo espacialmente explícito de mudanças no uso e cobertura da terra SIMBRASIL-2 SimMinas com apoio da FAPEMIG Freeware Dinamica EGO: modelo disponível para outras instituições

37 Dinamica EGO Environment for Geoprocessing Objects

38 Feições principais Interface gráfica e linguagem de fluxo de dados 64 bit nativo Compilação nativa de expressão de alg. de mapas. Calibração baseada em pesos de evidência. Otimização de modelo baseado em Alg. genético. Processamento paralelo Mapas raster até 64 x 64 k células Manejo inteligente do fluxo de dados (memória) Performance Flexibilidade: modelos simples ao mais complexos Roda desde laptops a computador de alta performance Série de algoritmos para análise e simulação espacial

39 Visão geral Operators are called Functors Arrows indicate data flow between operators. Containers are special operators that can contain other operators. Graphical Interface Simulation Model

40 Editores e Visualizadores

41 Linguagem de fluxo de dados Data is transferred (flows) from one operator to another

42

43 Conceito de sub-região: Divida, faça algo e junte novamente Split Sub-Regions Split Relevant Maps Do Something Merge Maps?

44 Dinamica Wizard Increasing Usability Uma interface de apresentação do modelo e entrada de dados Complex Models with a large number of inputs can be easily understood and edited.

45 William Leles Souza Costa Obrigado